Nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ đục (TURB), tương ứng, đại diện cho hàm lượng chất hữu cơ giảm và mây lơ lửng trong nước, là các chỉ số giám sát quan trọng về ô nhiễm chất lượng nước.

Phương pháp phân tích quang phổ đáp ứng nhanh, phân tích nhanh và lặp lại tốt, trong đó phổ UV vì nguyên tắc phát hiện của nó đã trưởng thành, có thể phản ánh gián tiếp các chất hữu cơ trong nước, chất lơ lửng và các thông số vật lý và hóa học khác, do đó nhận được sự quan tâm rộng rãi trong ứng dụng. Trong phát hiện thực tế, sự tán xạ độ đục có thể gây nhiễu nghiêm trọng đến phổ hấp thụ UV của COD, do đó ảnh hưởng đến độ chính xác phát hiện quang phổ;

Đối với quang phổ cực tím đồng bộ phát hiện nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ đục tồn tại các vấn đề liên kết đặc trưng và nhiễu chồng chéo đỉnh phổ, do đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của phát hiện. Nhanh chóng và chính xác thực hiện phân tích nhiễu kết hợp của nhiều chất gây ô nhiễm trong nước và phát hiện hàm lượng có ý nghĩa quan trọng đối với việc giám sát chất lượng nước trong thời gian thực.

Nguyên tắc phát hiện:

Nguyên tắc của kiểm tra chất lượng nước là phân tích định tính và định lượng các chất gây ô nhiễm và các thông số chất lượng nước trong các mẫu nước thông qua các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học khác nhau để đánh giá độ tinh khiết và an toàn của nước.

Thông thường, nguyên tắc phát hiện quang phổ dựa trên sự tương tác của vật chất với ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu vào vật chất, các phân tử hoặc nguyên tử trong vật chất hấp thụ một bước sóng ánh sáng cụ thể, tạo ra một phổ hấp thụ đặc trưng. Các chất khác nhau có đặc điểm quang phổ khác nhau, vì vậy các thành phần khác nhau trong mẫu nước có thể được xác định và phân tích định lượng bằng cách phân tích phổ.

Định luật Lambert nói rằng khi một chùm ánh sáng song song đi qua một vật liệu hấp thụ ánh sáng đồng nhất, độ hấp thụ A của dung dịch tỷ lệ thuận với sản phẩm của nồng độ c của vật liệu hấp thụ ánh sáng trong dung dịch và chiều dài khoảng cách l. Tức là：

A=ε·c·l

Trong đó:

A. Độ hấp thụ (Absorbance)

Hệ số hấp thụ molar (molar absorptivity), L·mol⁻¹·cm⁻¹，

c là nồng độ của chất hấp thụ ánh sáng, đơn vị mol · L⁻¹，

l là độ dài của ánh sáng, tính bằng cm.

Khi có một phạm vi ánh sáng nhất định, sự hấp thụ ánh sáng ở một bước sóng cụ thể phụ thuộc vào nồng độ tương ứng với thành phần được đo.

Ngoài phổ hấp thụ, có một số ứng dụng để xác định và phân tích định lượng các hóa chất trong nước thông qua các đặc tính kích thích hoặc tán xạ của vật chất đối với ánh sáng, chẳng hạn như quang phổ huỳnh quang: dựa trên các đặc tính của một số chất phát huỳnh quang dưới sự kích thích của ánh sáng ở các bước sóng cụ thể, nội dung của vật chất được phân tích bằng cách phát hiện cường độ và bước sóng huỳnh quang.

Ý tưởng thí nghiệm:

Chỉ số chất lượng nước thường được sử dụng:

• Nhu cầu oxy hóa học (COD): đại diện cho hàm lượng chất hữu cơ giảm trong nước;

• Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): phản ánh hàm lượng vi sinh vật trong nước;

• DOM: hàm lượng chất hữu cơ hòa tan trong nước;

• TOC: Tổng hàm lượng carbon hữu cơ;

• DOC: Hàm lượng carbon hữu cơ hòa tan;

• SAC: Hệ số hấp thụ ánh sáng cụ thể;

• SSK: kali hòa tan trong nước;

• Độ đục: hàm lượng mây lơ lửng trong nước;

• Amoniac, tổng phốt pho, tổng hàm lượng nitơ;

Các thông số chất lượng nước khác nhau và các thành phần trong nước tương ứng với khoảng phổ hấp thụ khác nhau, chẳng hạn như nitrat, nitrit hấp thụ khoảng phổ 200~250nm, các hợp chất phân tử thấp, hợp chất thơm, protein, dung môi hữu cơ, v.v. khoảng phổ 250~290nm, độ đục, tổng khoảng chất rắn hòa tan là 380nm, do đó, máy quang phổ UV-Visible có thể phát hiện dải từ 200~800nm để phát hiện độ hấp thụ thay vì phát hiện độ hấp thụ bước sóng đơn, có thể phản ánh rõ ràng sự phân bố của nhiều chất trong nước.

Nguyên tắc đo: hấp thụ UV-Visible (quang phổ); Quang phổ huỳnh quang;

Mô hình quang phổ: Dòng ATP2000 (Tỷ lệ nhiễu cao, pixel cao, tích hợp caoĐộ (

Máy dò truyền thống sử dụng ống nhân quang phối hợp với cơ chế quét bước sóng đơn. Kích thước lớn, thời gian đo dài và không thể thích ứng với phân tích quá trình thoáng qua. Nói một cách tương đối, máy quang phổ sợi nhỏ có thể thu thập toàn bộ phổ thoáng qua, có thể đạt được giám sát chất lượng nước trực tuyến liên tục, thời gian thực, phù hợp hơn cho các phép đo trong tự nhiên và trực tuyến.

Phương pháp đo độ hấp thụ của máy quang phổ là phát hiện chùm tia đi qua bằng cách đưa một dải bước sóng song song của ánh sáng qua một đĩa đo màu chứa mẫu. Thông qua so sánh quang phổ trước và sau khi hấp thụ mẫu, có thể thu được quang phổ hấp thụ của mẫu đối với phạm vi bước sóng này.

Bằng cách đo sự hấp thụ của toàn bộ phạm vi UV/có thể nhìn thấy, mô hình đo lường hóa học được thiết lập, có thể đạt được việc phát hiện đồng thời nhiều hàm lượng thông số trong chất lượng nước.

Thu thập quang phổ:

Hệ thống thu thập quang phổ được sử dụng trong thí nghiệm bao gồm máy quang phổ ATP2000P, đèn Xenon xung ATG1020, bộ điều khiển trung tâm, đĩa đo màu, bộ suy giảm sợi quang và màn hình, v.v.

Phạm vi bước sóng thử nghiệm của máy quang phổ là 180~1000 nm, độ phân giải là 2,3 nm và tỷ lệ nhiễu>500: 1.

Sử dụng đĩa đo màu thạch anh 10mm làm hồ bơi mẫu, điều chỉnh công suất ánh sáng đầu ra của nguồn xung thông qua bộ suy hao sợi quang để đảm bảo sự ổn định của phổ hấp thụ, tránh biến dạng bão hòa ánh sáng và tiếng ồn dao động.

Mẫu thử nghiệm:Giải pháp tiêu chuẩn COD: Trung tâm kiểm tra phân tích vật liệu màu và điện tử quốc gia cung cấp kali hydro phthalate làm chất hòa tan, nồng độ khối lượng 500 mg/L;

Giải pháp tiêu chuẩn cho độ đục Formazine: Được cung cấp bởi Hangzhou Qiwei Instrument Co., Ltd., 400 NTU;

Thu thập dữ liệu quang phổ:

Phổ hấp thụ dung dịch tiêu chuẩn COD và độ đục với gradient nồng độ khối lượng khác nhau được thu thập riêng biệt.

Phạm vi phổ hiệu dụng là 180~400 nm, thời gian tích hợp là 9 ms, khoảng thời gian lấy mẫu là 500 ms và thời gian quét trung bình là 20 lần. Giá trị trung bình được lấy sau khi dữ liệu quang phổ được thu thập 5 lần cho mỗi mẫu và biểu đồ quang phổ được hiển thị bên dưới.

Giải pháp tiêu chuẩn Phổ hấp thụ UV, (a)COD; b) Độ đục;

Dung dịch hỗn hợp Phổ hấp thụ tia cực tím, (a) COD+nhiễu độ đục; (b) Độ đục+nhiễu COD;

Bằng cách so sánh các vạch phổ của các mẫu dung dịch tiêu chuẩn khác nhau, có thể thấy rằng các đặc điểm hấp thụ chính của COD và độ đục tập trung trong phạm vi 180~400 nm.

1. Phạm vi đỉnh đặc trưng COD là từ 180~300 nm, với nồng độ khối lượng tăng dần độ hấp thụ phổ UV, hai đỉnh hấp thụ đặc trưng được nâng lên rõ rệt;

2. Phạm vi đỉnh của tính năng hấp thụ phổ độ đục là từ 180~400nm, với độ đục tăng độ hấp thụ tổng thể tăng lên.

3. Trong mẫu hỗn hợp, tăng cường nhiễu độ đục làm cho đường hấp thụ COD tăng lên, đỉnh hấp thụ chính bị lệch sang phải, tăng cường nhiễu COD làm cho đỉnh hấp thụ độ đục tăng lên rõ rệt, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu trong phân đoạn 300~400 nm.

Tiền xử lý dữ liệu quang phổ:

Do trong quá trình đo quang phổ, môi trường bên ngoài, điều kiện đo lường và đặc điểm của chính dụng cụ có ảnh hưởng lớn đến kết quả đo. Dữ liệu thô được thu thập thường chứa một lượng lớn dữ liệu dư thừa và đồng tuyến, ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của mô hình sau này và hiệu quả xử lý dữ liệu. Để làm giảm hoặc loại bỏ hiệu ứng này, thông thường cần phải xử lý trước dữ liệu quang phổ thu thập được, chẳng hạn nhưChọn bước sóng đặc trưngVà tương ứng.Tối ưu hóa thuật toánTừ đó có được dữ liệu quang phổ hiệu quả, nâng cao độ chính xác và ổn định của mô hình phát hiện.

Chọn bước sóng đặc trưng, (a) COD; b) Độ đục;

Khách hàng trích xuất các bước sóng đặc trưng thông qua SPA, đơn giản hóa dữ liệu quang phổ, loại trừ các biến dư thừa không liên quan và giảm đáng kể thông tin nhiễu. Thông qua thuật toán SVR để tối ưu hóa thông số, mô hình tối ưu hóa đã được xây dựng thành công, có thể giảm hiệu quả sự kết hợp đặc trưng của COD và độ đục và nhiễu chồng chéo đỉnh phổ, để đạt được dự đoán đồng bộ chính xác về hàm lượng COD và độ đục trong mẫu nước, và cũng có độ chính xác phát hiện cao đối với dung dịch độ đục phạm vi thấp, để đạt được hiệu quả phát hiện đồng bộ của quang phổ cực tím COD và độ đục.